Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих данных по радиационной стойкости бетонов 13
1.1. Механизм и закономерности радиационных изменений бетонов и роли их составляющих (заполнителей и цементного камня) в радиационной стойкости бетонов 13
1.2. Механизм влияния добавок на радиационные изменения бетонов 16
1.2.1. Существующие данные о радиационных изменениях цементного камня и о влиянии различных добавок на его радиационную стойкость 16
1.2.2. Обзор существующих экспериментальных данных по влиянию различных добавок на радиационно-термические изменения цементного камня и бетонов 44
1.2.3. Закономерности влияния различных добавок на изменение радиационной стойкости цементного камня и бетонов 47
Выводы по главе 1 49
Глава 2. Характеристика материалов, методы исследования и оборудование 51
2.1. Характеристика материалов 51
2.1.1. Портландцемент 51
2.1.2. Химические добавки 51
2.2. Методы исследования и оборудование 55
2.2.1. Способ определения изменения радиационной стойкости цементного камня по результатам термических испытаний 55
2.2.2. Изотермическая калориметрия 58
2.2.3. Дифференциальный термический анализ 62
2.2.4. Рентгенофазовый анализ 63
2.3. Планирование и обоснование проведения эксперимента 65
Выводы по главе 2 68
Глава 3. Экспериментальные исследования влияния химических добавок на изменение радиационной стойкости цементного камня 69
3.1. Экспериментальные исследования влияния различных групп суперпластификаторов на изменение радиационной стойкости цементного камня 69
3.1.1. Принятые к исследованию составы цементных камней с использованием различных групп суперпластификаторов. Подготовка образцов для испытаний 69
3.1.2. Исследование изменений радиационной стойкости цементного камня с использованием различных групп суперпластификаторов по результатам кратковременных термических испытаний 72
3.2. Экспериментальные исследования суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов, оценка их эффективности и влияния на изменение радиационной стойкости цементного камня и бетонов в зависимости от их эффекта действия 83
3.2.1. Общие сведения о суперпластификаторах на основе эфиров поликарбоксилатов 83
3.2.2. Принятые к исследованию составы цементных камней с суперпластификаторами на основе эфиров поликарбоксилатов. Подготовка образцов для испытаний 87
3.2.3. Исследование кинетики твердения цементного камня под влиянием суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов 89
3.2.4. Исследование фазового состава и изменения степени гидратации цементного камня с суперпластификаторами на основе эфиров поликарбоксилатов при помощи комплексного термического анализа 93
3.2.5. Исследование изменений радиационной стойкости цементного камня с суперпластификаторами на основе эфиров поликарбоксилатов по результатам кратковременных термических испытаний 106
3.2.6. Исследование фазового состава цементного камня с суперпластификаторами на основе эфиров поликарбоксилатов после термической обработки при помощи рентгенофазового анализа 113
3.3. Анализ полученных данных. Обоснование выбора суперпластификаторов для подбора состава бетонов с повышенной радиационной стойкостью 132
Выводы по главе 3 133
Глава 4. Разработка состава бетона с повышенной радиационной стойкостью с применением суперпластификатора на основе эфиров поликарбоксилатов для возведения конструкций АЭС 135
4.1. Оптимизация состава бетона с повышенной радиационной стойкостью с использованием суперпластификатора на основе эфиров поликарбоксилатов 136
4.2. Состав бетона с повышенной радиационной стойкостью для использования при возведении конструкций шахты реактора с суперпластификатором на основе эфиров поликарбоксилатов 143
Выводы по главе 4. 146
Глава 5. Технико-экономическое обоснование применения бетонов с повышенной радиационной стойкостью 148
5.1 Влияние различных типов суперпластификаторов на изменение радиационной стойкости бетонов 148
5.1.1. Необходимость оценки влияния различных добавок на изменение радиационной стойкости бетонов 148
5.1.2. Внедрение результатов исследований 149
5.2. Экономический эффект от применения бетона с повышенной радиационной стойкостью с использованием суперпластификатора на основе эфиров поликарбоксилатов для возведения конструкций шахты реактора 150
Выводы по главе 5 153
Заключение 154
Список использованной литературы .
- Обзор существующих экспериментальных данных по влиянию различных добавок на радиационно-термические изменения цементного камня и бетонов
- Способ определения изменения радиационной стойкости цементного камня по результатам термических испытаний
- Принятые к исследованию составы цементных камней с использованием различных групп суперпластификаторов. Подготовка образцов для испытаний
- Состав бетона с повышенной радиационной стойкостью для использования при возведении конструкций шахты реактора с суперпластификатором на основе эфиров поликарбоксилатов
Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы. Реализация
Энергетической стратегии России на период до 2030 года предусматривает
масштабное строительство Атомных электрических станций (АЭС). Одной
из важнейших задач строительства ядерно-технических установок является
сокращение сроков и снижение стоимости строительства. Решение данной
задачи достигается, в том числе использованием современных бетонов
модифицированных химическими добавками. Наиболее широкое применение
при строительстве АЭС получили бетоны с добавками
суперпластификаторов различного типа, однако в связи с недостатком информации о радиационной стойкости данных бетонов, их применение ограничено для конструкций реакторного отделения АЭС, работающих в условиях воздействия радиоактивного излучения и повышенных температур.
В настоящее время достаточно хорошо изучены вопросы радиационной стойкости бетонов с различными видами заполнителей и вяжущих, однако влияние суперпластификаторов различного вида на радиационную стойкость бетонов практически не исследовано. В связи с этим одним из важнейших требований к бетонам таких конструкций, является требование по их радиационной стойкости - способности бетона сохранять состав, свойства или параметры состояния в установленных пределах во время и после воздействия ионизирующих излучений.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР по теме: «Развитие центра коллективного пользования ФГБОУ ВПО «МГСУ» для обеспечения возможности реализации комплексных исследований в области повышения безопасности и увеличения срока службы строительных объектов ядерной энергетики».
Степень разработанности проблемы. Первые исследования
изменения свойств бетонов под действием ионизирующих излучений были начаты в 1960 годах, с началом строительства ядерно-технических установок в СССР и за рубежом. Основное внимание в ранних исследованиях уделялось радиационной стойкости как отдельных компонентов бетона, заполнителей и вяжущих, так и цементному камню затвердевшего бетона, при этом влияние модифицирующих добавок на изменение радиационной стойкости конструкций не исследовалось. Работы по изучению влияния химических добавок на радиационную стойкость бетонов, в СССР и за рубежом начались в 1985 году, с началом массового применения химических добавок в бетоне, однако были прерваны в связи с прекращением строительства АЭС после аварии в Чернобыле. В 2010 году принята программа масштабного строительства АЭС в России и за рубежом, при этом применение добавок при производстве бетонов стало массовым. За период с 1986 по 2010 год появились принципиально новые виды суперпластификаторов с различным принципом действия, которые нашли широкое применение в строительстве
АЭС, при возведении строительных конструкций, не подвергающихся
радиационным нагрузкам. Учитывая, что достижение современных
технических требований к бетонам конструкций реакторного отделения без
применения современных химических добавок, в частности
суперпластификаторов невозможно, вопрос получения радиационно-стойких бетонов с добавками суперпластификаторов является актуальным.
Научная гипотеза состоит в том, что применение
суперпластификаторов в бетонах при возведении конструкций атомных
станций влияет не только на физико-механические и технологические
свойства бетонной смеси и бетонов, но также оказывает значительное
влияние на изменение радиационной стойкости бетонов. В условиях
современного строительства для разработки радиационно-стойких бетонов
требуется уделять особое внимание выбору вида используемых
суперпластификаторов и их дозировкам.
Целью диссертационной работы является получение бетонов с повышенной радиационной стойкостью за счет применения современных высокоэффективных добавок-суперпластификаторов.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
обосновать возможность выбора и применения суперпластификаторов обеспечивающих повышение радиационной стойкости бетонов;
исследовать изменение радиационной стойкости бетонов с различными видами суперпластификаторов;
- установить зависимости влияния вида суперпластификатора на
формирование структуры, физико-механические свойства, процесс
гидратации и изменение радиационной стойкости бетона;
- провести комплексную оценку свойств бетонов повышенной радиационной
стойкости с добавками суперпластификаторов;
- разработать рекомендации по подбору составов бетонов повышенной
радиационной стойкости с добавками суперпластификаторов для
конструкций реакторного отделения АЭС;
- провести технико-экономическое обоснование использования результатов
исследования в бетонах повышенной радиационной стойкости для
конструкций реакторного отделения АЭС.
Методология и методы. Методологической основой исследования послужили основы строительного материаловедения и строительной химии, воздействия ионизирующих излучений на материалы, современные инструментальные и аналитические методы изучения. Проведение исследований осуществлялось с применением действующих ГОСТ и современных инструментальных и аналитических методов изучения структуры и состава бетона, в частности методов рентгенофазового, термического анализа и электронной микроскопии.
Научная новизна. Обоснована возможность создания бетонов с
повышенной радиационной стойкостью за счет применения
суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов,
обеспечивающих повышение прочности, увеличение количества
новообразований, степени гидратации и снижения пористости.
С помощью изотермической калориметрии, рентгенофазового и термического анализа установлено, что деструктивные процессы в бетоне (деформации, снижение физико-механических характеристик, дегидратация цементного камня, газовыделения) при воздействии радиоактивного излучения связаны с радиационным разогревом.
Установлено, что применение большинства современных
суперпластификаторов при возведении бетонных конструкций АЭС способно увеличить радиационное газовыделение, возникающее вследствие радиолиза воды, выделяемой из бетона, до 1,5 раз.
Установлено, что наибольшее влияние на изменение радиационной стойкости бетонов оказывает группа суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов.
Установлена зависимость изменения радиационной стойкости и физико-механических свойств бетонов от дозировки, длины боковых цепей и величины стерического эффекта используемых суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов.
Личный вклад автора состоит в установлении зависимостей изменения радиационной стойкости бетонов от состава и структуры бетона, необходимых для прогнозирования и оптимизации состава бетона повышенной радиационной стойкости.
Теоретическая и практическая значимость работы. – разработаны составы и технология изготовления бетонов с повышенной радиационной стойкостью для конструкций реакторного отделения АЭС, в частности шахты реактора и биологической и технологической защиты; – получен бетон с повышенной радиационной стойкостью обладающий следующими проектными свойствами:
класс бетона В25; морозостойкость F150; водонепроницаемость W6; подвижность бетонной смеси П4; средняя плотность свежеуложенной бетонной смеси 2300 кг/м3; содержание вовлеченного воздуха в бетонной смеси 3,4 %; водоцементное отношение 0,53.
– разработана комплексная методика оценки изменения радиационной стойкости цементного камня и бетона при использовании модифицирующих добавок без непосредственного облучения испытуемых образцов для внедрения новых классов и типов модифицирующих добавок для бетонов повышенной радиационной стойкости;
– разработаны рекомендации по использованию суперпластификаторов различных групп и химической структуры при разработке радиационно-стойких бетонов для конструкций реакторного отделения АЭС.
Достоверность полученных научных результатов основана на
использовании современного научно-исследовательского оборудования,
методов, подходов и теорий исследования для получения и статистической
обработки данных с целью получения результатов, адекватных
поставленным целям научного исследования.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований влияния различных типов добавок на изменение радиационной стойкости цементных камней и бетонов а также рекомендации по подбору составов на основании полученных данных были использованы при проведении научно-исследовательской работы для ПКФ «Концерн Росэнергоатом» по Договору № К.406-11 от 15.09.2011 года по теме: «Разработка рекомендаций по использованию химических добавок к тяжелому и особо тяжелому бетонам для ускорения производства бетонных работ и методики оценки эффективности их применения».
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:
Международный семинар «XXI Russian-Polish-Slovak seminar "Theoretical Foundation of Civil Engineering», Россия, г. Архангельск, 2012 год.
Международная конференция «Jahrestagung Kerntechnik - The 44th Annual Meeting on Nuclear Technology» (AMNT 2013), Германия, г.Берлин, 2013 год.
- IV Всероссийский молодежный инновационный форум «МИЦ-2013»,
Нижегородская область, 2013 год.
- Международная конференция «International scientific conference Week of
Science in SPbSPU - Civil Engineering» (SPbWOSCE 2014), Россия, г.Санкт-
Петербург, 2014 год.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 статей, из них 3 в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК для публикации результатов по кандидатским диссертациям, 1 индексируемая в базе данных научной периодики SCOPUS.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа представлена на 181 странице, содержит 75 рисунков, 35 таблиц, 15 формул, 1 приложение, 111 источников.
Обзор существующих экспериментальных данных по влиянию различных добавок на радиационно-термические изменения цементного камня и бетонов
Изменения бетонов под воздействием ионизирующих излучений вызваны изменениями их основных компонентов (заполнителя и цементного камня), а также нарушением их структуры. Кроме того, в большинстве случаев воздействие ионизирующих излучений сопровождается также термическим воздействием. Поэтому, изменения материалов под воздействием ионизирующих излучений вызваны как воздействием радиации (радиационные изменения), так и температуры (термические изменения).
Обычно при облучении ионизирующими излучениями цементного камня происходит ряд изменений: увеличение размеров и объема, уменьшение плотности, растрескивание и уменьшение механических свойств заполнителей бетонов, усадка, выделение воды и газов, изменение прочности. При этом чаще всего эти изменения носят негативный характер. Кроме того, следует отметить, что при облучении бетона обычно характерно расширение материала-заполнителя и усадка цементного камня. Различие в величине и знаке этих радиационных деформаций нередко приводит к растрескиванию бетонов. Изменения при облучении свойств цементного камня происходят под действием нейтронов, гамма-излучения, а также под действием нагревания, сопутствующего облучению, поскольку цементный камень является гидратной системой. При этом нейтронное излучение и нагревание вызывают более значительные, чем гамма-излучение усадку и изменение свойств цементного камня.
При облучении происходит изменение объема и физико-механических характеристик бетонов. Величина радиационно-термических изменений бетонов возрастает с увеличением флюенса и энергии нейтронов, а также поглощенной дозы. С ростом температуры облучения увеличиваются термические изменения структуры и свойств составляющих бетонов, но вследствие усиления отжига радиационных дефектов уменьшаются радиационные изменения силикатных заполнителей бетона.
С ростом температуры облучения увеличиваются термические изменения структуры и свойств составляющих бетонов, но вследствие усиления отжига радиационных дефектов уменьшаются радиационные изменения силикатных заполнителей бетона. Поскольку зависимость от температуры радиационных и температурных изменений у разных материалов составляющих растворы и бетон не одинаковы, влияние температуры облучения на радиационные изменения растворов и бетонов зависит от их вида и состава. В основном с ростом температуры облучения радиационные изменения бетонов на силикатных заполнителях уменьшаются, а на железорудных и карбонатных заполнителях увеличиваются.
При облучении флюенсами нейтронов порядка 1024 1025 нейтрон/м2 положительные объёмные деформации заполнителей и бетонов могут достигать 2023%. Объёмная усадка цементного камня (особенно после облучении при повышенных температурах) может достигать 10 %, что несколько уменьшает вклад положительных деформаций заполнителя, а при их отсутствии вызывает отрицательные деформации бетона. Однако, деформация заполнителя оказывает ощутимо большее влияние, чем деформация цементного камня. Вклад отрицательных деформаций цементного камня в деформации бетона увеличивается с увеличением прослойки цементного камня в точках контакта зерен заполнителя. Однако, при отсутствии расширения заполнителя отрицательные деформации бетона на порядок меньше деформаций цементного камня. Степень изменения прочности бетонов при облучении определяется возрастом образцов к моменту облучения, температурой облучения и величиной радиационной нагрузки. Прочность бетонов возраста более 8 месяцев после изготовления монотонно снижается с ростом величины изменения объема, радиационной и термической нагрузки. Прочность бетонов на сжатие до облучения увеличивается на величину до 50 % при невысоких температурах и флюенсах, вызывающих небольшие изменения объёма, что связано в основном с дополнительной гидратацией цементного камня молодого возраста под действием радиационно-термического воздействия. С ростом величины радиационных деформаций и температуры облучения прочность начинает уменьшаться. Уменьшение прочности бетонов после облучения может достигать 95-100 % например, при увеличении объёма на 18-22 %. Теплофизические характеристики бетонов при облучении изменяются приблизительно пропорционально изменению объёма. При флюенсах, вызывающих небольшие объёмные радиационные деформации (менее 2%), коэффициент теплопроводности уменьшается незначительно, а коэффициент температурного линейного расширения несколько увеличивается. С ростом радиационных нагрузок и радиационных деформаций изменения возрастают. При флюенсах, вызывающих увеличение объёма на 18-20 %, коэффициенты теплопроводности и температурного расширения уменьшаются на 40-50% и 90 % соответственно.
При облучении до относительно высоких радиационных нагрузок и при сопутствующем облучению нагревании поведение портландцементного камня изучено в работах следующих авторов: В.Б. Дубровский, А.В. Денисов, В.В. Кореневский, П.А. Лавданский, В.Н. Соловьев, Л.Л. Музалевский, Б.К. Пергаменцик, Е.Б. Сугак, В.Ю. Ершов. В нашей стране исследованы более 70 различных составов портландцементного камня, изготовленных из 11 разновидностей портландцемента с введением в ряде случаев добавок.
Химический состав исследуемых портландцементов приведен в таблице 1.2.1. Характеристики и химический состав добавок, вводимых в состав исследованных цементных камней представлен в таблицах 1.2.2 - 1.2.4.
Составы портландцементного камня, исследованные при высоких радиационных нагрузках и при сопутствующем облучению нагревании приведены в таблицах 1.2.51.2.8.
Способ определения изменения радиационной стойкости цементного камня по результатам термических испытаний
Анализ литературных данных и проектной документации показал, что к вяжущему для бетона конструкций, подверженных непосредственному облучению (в том числе радиационной защиты), предъявляются следующие требования: - Для бетона конструкций, эксплуатируемых в воздушно-сухих условиях, следует применять портландцемент марок М300-М500, соответствующий требованиям ГОСТ 10178-85 [62]. - Для бетона конструкций, эксплуатируемых при повышенных температурах (2000С) и при непосредственном облучении ионизирующими излучениями, должен применяться портландцемент не ниже марки М400 с содержанием С3А не более 8%, сульфатостойкий с умеренной экзотермией. - Нормальная густота цементного теста не должна превышать 28%. В качестве основы для испытаний был принят портландцемент Вольского завода марки М500 «ПЦ 500 Д0 Вольский» с содержанием основных минералов: С3S- 64,8%; C2S – 11,1%; C3A – 4,4%; C4AF – 15,5%; Бассанит-2,3%; Гипс-1,9%, полностью удовлетворяющий данным требованиям.
Одним из наиболее развивающихся направлений в области совершенствования технологии бетонных работ является применение для бетонирования монолитных конструкций бетонных смесей с добавками, а также высокоподвижных и литых бетонных смесей, получаемых путем введения суперпластификаторов. Применение таких добавок позволяет упростить технологию формования изделий и конструкций, отказаться от энергоемкого оборудования для виброуплотнения бетонной смеси и достигнуть требуемого качества бетонных конструкций. Однако суперпластификаторы замедляют гидратацию алита, что снижает прочность цементного камня и бетона в ранние сроки и является серьезным недостатком данного направления исследований, т.к. снижение времени на укладку бетонной смеси в опалубку будет сопровождаться увеличением времени для достижения бетоном распалубочной и передаточной прочностей. При этом положительный эффект от применения данного вида добавок выражается в значительном снижении водоцементного отношения, увеличении подвижности бетонной смеси, повышении физико-механических и эксплуатационных свойств бетона, что приводит к ускорению строительного процесса и снижению затрат при строительстве.
По техническим эффектам, суперпластификаторы представляют собой диспергаторы - стабилизаторы цементной системы, образующие в результате адсорбции на поверхности раздела твердой и жидкой фаз структурированную пленку [104,105].
Распространенные в настоящее время на рынке суперпластификаторы можно классифицировать по двум признакам: по природе (составу) материалов и по основному эффекту в механизме действия на цементные системы.
Первые три группы пластификаторов также называют «традиционными». Суперпластификаторы IV группы, получившие распространение в последнее десятилетие, являются более эффективными, чем другие группы суперпластификаторов. Преимущество последних многие специалисты связывают со строением молекул: суперпластификаторы типов НФ, МФ и ЛСТ характеризуются линейной формой полимерной цепи; для суперпластификаторов типа П характерна пространственная форма полимерной цени с поперечными звеньями [107, 108]. С появлением различных новых материалов, обладающих свойствами суперпластификаторов, становится трудно группировать их в зависимости от состава, поэтому классификация суперпластификаторов по второму признаку — основному эффекту в механизме действия представляется более убедительной.
В работе [29] предложен ускоренный способ определения изменения радиационной стойкости цементного камня по результатам кратковременных термических испытаний. Получено авторское свидетельство на изобретение [31].
Способ разработан на основе предполагаемого в работе [25] и подтвержденного в работе [29] наличия единой термической природы механизмов изменений структуры, свойств и состава цементного камня при облучении и нагревании.
Судя по результатам работы [25] механизм радиационного изменения цементного камня практически не связан с образованием в результате смещения атомов радиационных дефектов в кристаллической структуре минералов материала, как это имеет место при облучении горных пород и керамики. Важнейшим процессом, протекающим под действием радиации, является процесс локального разогрева вещества в так называемых термических пиках – локальных нано участках вещества, в которых температура кратковременно повышается на несколько сот градусов в результате протекания смещения атомов и поэтому происходят локальные термические изменения. В таком случае, механизм воздействия радиации на цементный камень имеет одну природу с механизмом влияния на материал его нагревания без облучения. Хотя, в отличие от воздействия общего нагревания материала при термических испытаниях этот разогрев действует не по всему объему материала с одинаковым значением температуры, а в небольших разрозненных участках (пиках).
Тем не менее, общий объем материала, который испытал воздействие таких пиков и в котором произошли связанные с этим термические изменения, увеличивается с ростом радиационной нагрузки, поэтому суммарный результат воздействия радиации по мере роста радиационной нагрузки увеличивается, так же как и с ростом температуры нагревания без облучения. В связи с этим в работе был выполнен поиск величин температур термических воздействий при нагревании без облучения, соответствующих некоторым значениям радиационных нагрузок. При этом в работе [29] при исследовании цементного камня с различными добавками установлено, что флюенсу 1х1023 нейтрон/м2 соответствует воздействие температуры 80, флюенсу 3х1023 нейтрон/м2 - 100С, флюенсу 6х1023 нейтрон/м2 - 150C, флюенсу 1хI024 нейтрон/м2- 180С, флюенсу 1,4хI024 нейтрон/м2 - 250С.
Принятые к исследованию составы цементных камней с использованием различных групп суперпластификаторов. Подготовка образцов для испытаний
Существует множество способов определения степени гидратации, например как количество химически связанной воды в образце, масса прореагировавшего цемента или содержание портландита [66]. При этом её определение термическими методами исследования сводится к вычислению потерь при прокаливании в интервале температур 20-6000С, что, как видно из кривых ДТА, не совсем корректно, т.к. в этот интервал также попадает температура разложения органических добавок, но при этом не учитывается содержание кальцита как одного из основных продуктов гидратации.
Согласно европейским методам исследования [81], степень гидратации цементного камня при помощи метода ДТА вычисляется как отношение количества портландита и кальцита в исследуемом образце к их количеству при полной гидратации цементного камня (т.е. к их количеству в цементном камне возраста нескольких лет, когда процесс гидратации практически полностью останавливается). Поскольку данные по конечным значениям концентраций продуктов гидратации в исследуемом цементном камне не известны, следует провести сравнение содержания основных продуктов гидратации в исследуемых составах для установления взаимосвязи с типом и дозировкой вводимых добавок.
В связи с этим при анализе эффективности выбранных добавок и характеристик цементного камня в целом наибольший практический интерес представляют 4 момента: испарение свободной и межслоевой воды, происходящее в интервале температур 50-1500С, дегидратация портландита, диссоциация кальцита, а также суммарные потери массы при прокаливании (таблица 3.2.2).
Для определения количества портландита и кальцита анализировались эндотермические пики при 550 и 8000С соответственно. При этом расчет проводился исходя из следующих возможных при данных температурах реакций (3.2.1 – 3.2.2): Ca(OH)2CaO+H2O (3.2.1) CaCO3CaO+CO2 (3.2.2) Зафиксированные потери массы в процессе диссоциации при данных температурах позволяют вычислить фактическое исходное содержание этих компонентов в образцах.
Полученные данные свидетельствуют о том, что при введении добавок Melflux 4930f и Melflux 5581f в больших дозировках происходит уменьшение содержания свободной и межслоевой воды, при этом суммарные потери массы у составов 2.2 и 3.2 также уменьшаются (в сравнении с контрольным образцом). Во всех остальных случаях введение добавок в различных количествах привело к увеличению потерь массы при 50-1500С и суммарных потерях массы при прокаливании.
Следует отметить, что количество портландита в образцах с максимальной концентрацией добавок Mellflux4930f, Melflux 5581f и Melflux 6681f по сравнению с контрольным образцом уменьшалось на 11-46%, в то время как у остальных составов наблюдается его увеличение. SETARAM Experiment: Comparison 0, 1.1, 1.2 Crucible: AI203 100 мі AtmosphereA ir
Кроме того, при введении добавок Melflux 4930f и Melflux 6681f в максимальных концентрациях, количество кальцита в образцах увеличивается в среднем на 9-18% по сравнению с образцом без добавок.
Исследование изменений радиационной стойкости цементного камня с суперпластификаторами на основе эфиров поликарбоксилатов по результатам кратковременных термических испытаний В соответствии с оригинальной методикой, образцы были подвергнуты термическим испытаниям по режиму, указанному в п. 3.1.2 настоящей работы. Полученные результаты термических испытаний цементных камней с выбранными добавками приведены в таблице 3.2.3.
Ah/hо - относительное изменение размеров (высоты) образцов после каждого нагревания по отношение к первоначальным размерам образцов до термических испытаний (до первого нагревания при температуре 150 оС), %;
Am/iriо - относительное изменение массы образцов после каждого нагревания по отношению к первоначальной массе образцов до термических испытаний (до первого нагревания при температуре 150 оС), %;
Av/vо - относительное изменение скорости прохождения ультразвука через образцы после каждого нагревания по отношение к скорости до термических испытаний (до первого нагревания при температуре 150 оС), %; Ah=ht-hо и Am=mt-mо, Ау=угуо–абсолютные изменения размеров и массы, скорости ультразвука образцов после каждого нагревания по сравнению с первоначальными размерами и массой образцов, скоростью ультразвука до термических испытаний (до первого нагревания при температуре 150 оС), %; hо и піо vо - размеры (высота) и масса образцов, скорость прохождения ультразвука через образцы до термических испытаний (до первого нагревания при температуре 150 оС); ht и mt vt - размеры (высота) и масса образцов, скорость прохождения ультразвука через
Состав бетона с повышенной радиационной стойкостью для использования при возведении конструкций шахты реактора с суперпластификатором на основе эфиров поликарбоксилатов
Термические испытания показали, что исследованные на первом этапе работ суперпластификаторы различных типов могут иметь различную эффективность в зависимости от условий работы бетонной конструкции, в частности от мощности ионизирующего облучения, воздействующего на бетон. При этом, в соответствии с положениями ускоренного способа определения влияния добавок на изменение радиационной стойкости цементного камня по результатам термических испытаний [29, 31], применение исследованных добавок в процессе возведения конструкций атомных станций является возможным. На это указывает тот факт, что при их использовании изменение параметров, определяющих радиационную стойкость цементного камня и бетонов, по сравнению с образцом без добавок находится в пределах допустимых значений. При этом наилучшие результаты показал суперпластификатор на основе эфиров поликарбоксилата Weiss SM. Суперпластификатор той же группы Muraplast FK 63 показал обратный эффект, в связи с чем была выдвинута о возможном наличии зависимости изменения радиационной стойкости от эффекта действия поликарбоксилатной добавки.
Исследования суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилата в зависимости от их эффекта действия подтвердили данную гипотезу. Доказано, что поликарбоксилатные добавки с повышением силы стерического эффекта и длины боковых цепей имеют больший эффект на изменение радиационной стойкости цементного камня бетонов. Стоит также отметить, что в зависимости от используемой дозировки этот эффект может иметь как положительное, так и отрицательное влияние.
Рассчитанная по полученным в результате термических исследований данным математическая модель позволяет оценить влияние таких добавок и в зависимости от этого выбрать тип добавки для достижения заданных характеристик и использования бетона в различных условиях облучения. В данной диссертационной работе такой расчет проведен для конструкций шахты реактора, подверженным непосредственному облучению при флюенсах нейтронов свыше 1х1024 нейтрон/м2.
Таким образом, с использованием полученных данных был разработан состав бетона с повышенной радиационной стойкостью с использованием суперпластификатора на основе эфиров поликарбоксилатов для применения при возведении конструкций шахты реактора.
Результаты проведенных исследований влияния различных типов добавок на изменение радиационной стойкости цементных камней и бетонов, а также рекомендации по подбору составов на основании полученных данных были использованы при проведении научно-исследовательской работы для ПКФ «Концерн Росэнергоатом» по Договору № К.406-11 от 15.09.2011 года по теме: «Разработка рекомендаций по использованию химических добавок к тяжелому и особо тяжелому бетонам для ускорения производства бетонных работ и методики оценки эффективности их применения».
Экономический эффект от применения бетона с повышенной радиационной стойкостью с использованием суперпластификатора на основе эфиров поликарбоксилатов для возведения конструкций шахты реактора Вопрос стоимости возведения АЭС актуален в первую очередь потому, что от этого зависит стоимость электроэнергии, вырабатываемой станцией (т.е. окупаемость проекта). Для внедрения нового минерального сырья обычно проводятся специальные длительные и дорогостоящие исследования, чтобы понять, как поведет себя материал при непосредственном облучении. Внедрение модифицирующих добавок в процесс возведения таких объектов способно существенно снизить общую стоимость и обеспечить технологичность и качество бетонных конструкций. Чаще всего при этом используются старые проверенные многолетними исследованиями добавки.
Испытания серии образцов при непосредственном облучении могут длиться год и более, в то время как ускоренные термические испытания при комплексном исследовании изменения радиационной стойкости проводятся в течение двух календарных месяцев. Полученные при этом данные вкупе с современными методами анализа эффективности добавок позволяют уменьшить количество проводимых испытаний при непосредственном облучении и сократить общее время внедрения новых добавок и материалов в строительный процесс.
Кроме того выбор добавки при строительстве может сыграть важную роль при оценке возможности продления срока эксплуатации АЭС. Проведенные исследования показали, что ряд добавок способен существенно снизить потери прочностных характеристик в результате облучения при различных флюенсах нейтронов. Поскольку согласно НП 017-2000 «Основные требования к продлению срока эксплуатации блока атомной станции» изменение прочностных характеристик является одним из пунктов по определению возможности продления срока эксплуатации определенных конструкций, правильный выбор добавки при возведении таких конструкций способен существенно сократить затраты на продление срока эксплуатации.
Для оценки экономической эффективности использования выбранной добавки было проведено сравнение стоимости 1м3 бетонной смеси заданных параметров для возможности применения при возведении конструкций шахты реактора с выбранной добавкой Melflux 4930f и с применением добавки Полипласт СП-1 (С-3). Для достижения параметров бетонной смеси, описанных в п. 4.2. настоящей диссертационной работы требуется 0,25% Melflux 4930f или 0,6% С-3 от массы цемента. Дозировки указаны в пересчете на сухой остаток.